2009光纤光学总复习

null第九章 特种光纤与光缆 第九章 特种光纤与光缆 null光纤技术已经广泛地应用于通信、传感、医疗、电力、军事等领域。 光纤通信技术的发展促进了光纤技术的发展。 通信用光纤产品也已经实现了 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 化和规模化。 光纤技术&通信技术null 特种光纤：根据客户的不同的需求，具有不同的应用技术背景所 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 和生产的光纤 市场分散、需求总量小 产品多样化、技术复杂、制造成本高 特种光纤没有统一标准 大公司无暇顾及，小公司林立特种光纤市场null 特种光纤一般包括： 特殊纤芯材料：氟化物光纤、稀土光纤等 特殊波导结构： 如色散补偿光纤、偏振 光纤、光子晶体光纤等 特殊涂层材料：耐高温光纤、涂碳光纤等特种光纤的种类null 研究的起步早，以高校及研究所为主 工艺装备差，技术水平低 应用技术开发进展缓慢，光纤市场小 进口产品一统天下 最 初 状 况null国防建设需要和政策支持 刚刚出台的2007年美国新的对华高科技出口管制的20类产品清单中明确包含了特种光纤，中国的特种光纤有必要得到大力发展，政府的支持力度也在不断加强。 通信纤厂家加盟增强中国特种光纤的市场竞争力，为特种光纤市场注入了活力。依赖进口的局面被逐渐打破null参与单位:从以研究所为主向企业为主转变 水平:研究和制造水平近期得到大幅提升,与国外差距在逐步缩小 品种:日益丰富,日趋完善,新品种不断出现 产业链日益完善 全球市场规模：2000年约为2.4亿美元；预计2010年将达到44亿美元。 市 场 悄 然 变 化null通信系统信号处理应用：起偏器、色散补偿、保偏、光纤光栅 光纤传感器应用：应力、温度、流量、压力、气体、液体、振动、物质、电磁场、色度传感 国防武器系统应用：掺稀土元素光纤、高功率光纤激光器 特种光纤主要应用领域null色 散 补 偿 光 纤 产品应用： 通信系统的色散补偿保 偏 光 纤保 偏 光 纤 主要应用领域: 光纤陀螺仪 光纤水听器 光纤传感器 偏振光纤器件 null大芯径传能光纤国内技术优势: 数值孔径灵活: 0.1~0.32 芯包比可调: 1.05~1.4 可传输功率高 衰减谱范围宽(532~2100nm) null弯曲不敏感光纤主要应用领域: FTTX室内光缆 有特殊弯曲需求的光缆 光纤传感系统 光纤器件小型化 null应用领域: 光纤放大器 光源 光纤传感 高非线性光纤null耐高温涂层光纤主要应用领域: 石油化工 航空航天 激光能量传输 传感器件null 光子晶体光纤null特种光纤的应用市场在快速发展，带动了特种光纤市场的增长。 国际化为背景的产业转移，使中国的特种光纤市场增长更快。特种光纤市场不断增长null光通信市场迎来了一轮新的投资高潮；3G的启动和 FTTH的不断推广将促进弯曲不敏感光纤、色散补偿光纤器件的快速发展。 成本压力和中国市场的巨大诱惑，使光器件生产向中国转移步伐加快光通信市场增长显著null相关技术逐步成熟 装备的更新换代 国外对中国禁运 相关的主要产品：保偏光纤、高强度光纤等航天、军工市场增长迅速null光纤传感技术日益成熟 光纤传感已经广泛用于电力、石油、建筑监测、环境监测等 相关的主要产品：保偏光纤、低双折射光纤、耐高温光纤、光敏光纤等 光纤传感市场null电力监测工程实例null激光作为手术刀开始广泛应用 光纤作为手术中的消耗性材料使用 相关的主要产品：特殊多模光纤、HPCF等 激光医疗应用null激光打标、激光焊接等中把光纤作为能量传输介质使用 光纤激光器正逐步蚕食传统激光器的市场，更促进了激光设备的光纤化进程 相关的主要产品：稀土光纤、大芯径传能光纤等 激光加工应用null与国外的技术差距会逐步缩小 应用领域越来越广，品种越来越丰富 市场越来越活跃 产品开发周期缩短 发展趋势 在十年内中国可能会成为全球最大的特种光纤供应国和消费国！Fibre CablesFibre CablesOutdoor Buried Cable (Long Distance) Outdoor Buried Cable (Campus Area) Outdoor Overhead Cable Outdoor Overhead (High-Voltage Earthwire) Cable Undersea Cable Indoor Cabling Jumper Leads and Fly Cables The First Stage - Coating the FibreThe First Stage - Coating the FibreBasic Cable ConstructionBasic Cable ConstructionTight Buffered Construction(900 mm) Loose Tube Construction(4-6 mm) Loose Tube with Gel Filler Indoor CablesIndoor CablesAir Blown Fibre (ABF)Air Blown Fibre (ABF)In a “blown” fibre installation instead of installing fibre cables you install narrow plastic tubes or conduits. Later, very lightly clad fibre bundles are installed into the tubes (blown in) using a system of compressed air (or compressed nitrogen).Outdoor CablesOutdoor CablesUndersea CablesUndersea Cablesnull第十章 光纤应用技术 null§10.1 光纤通信应用技术 null§10.2 光纤传感应用技术 光纤传感光纤传感光纤传感器是传感器家族中的一个成员,它是以光纤作为信息的传输媒质,光作为信息载体的一种传感器,是光纤在非通信领域的重要应用。 光纤传感系统的基本原理就是光纤中的光波参数如光强I、频率ω、波长λ、 相位φ以及偏振态等随外界被测参数变化而变化, 通过检测光纤中光波参数的变化达到检测外界被测物理量的目的。 光纤传感器的分类光纤传感器的分类光纤传感器按传感原理可分为功能型光纤传感器和非功能型光纤传感器两种。 功能型光纤传感器是利用对外界信息具有敏感能力和检测功能的光纤(一般是非通信用的特殊光纤)作为传感元件,“传”和“感”合为一体,光纤不仅传输光波而且感知被测参数的变化。 在非功能型光纤传感器中,光纤只作为传光煤质 ,对外界信息的感知是通过功能元件来完成的,。 按光波被调制的不同,光纤传感器又可以分为： 强度调制光纤传感器 频率调制光纤传感器 波长(颜色)调制光纤传感器 相位调制光纤传感器 偏振调制光纤传感器。强度调制光纤传感器强度调制光纤传感器相位调制光纤传感器相位调制光纤传感器迈克尔逊干涉 马赫泽德干涉 赛格纳克干涉 法布里—珀罗干涉 分布式光纤围栏周边警戒系统分布式光纤围栏周边警戒系统应用举例应用举例§10.3 光纤医疗应用技术 §10.3 光纤医疗应用技术 光纤内窥镜 光纤内窥镜 null§10.4 光纤传光应用技术 null 项目产品由光纤照明系统和高效大功率LED照明系统构成。 光纤 光纤照明系统通过太阳能聚光器将大面积太阳光聚焦成光斑，通过反射镜将光反射至光纤内进行传输，经复合照明灯具产生均匀光。光纤导光照明光纤导光照明太阳能聚光单元 及跟踪单元 光纤照明灯具 光纤导光nullThank You！《 光纤光学》复习提纲 光线理论 模式理论 光纤性能 光纤器件 光纤连接《 光纤光学》复习提纲 光线理论 模式理论 光纤性能 光纤器件 光纤连接光线理论光线理论重要概念 光波导、光纤分类、子午光线、数值孔径、传输容量、传光传像特性、散焦面、广义折射率定理、光线轨迹及特点、光线分类 重要公式 射线方程、散焦面半径、折射率分布、数值孔径 模式理论模式理论重要概念 模式定义及性质、模式分类及场分布特点、模式简并、线偏振模、主模、分离变量法、传播常数、导模截止与远离截止、基模场分布函数、基模偏振特性、色散曲线分析、模式确定及数目分析、导模光斑分布图、模式输出特性、WKB近似 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 思路 重要公式 波导场方程、截止与远离截止条件、单模工作条件、模式数目、归一化工作频率、模群精确模式数目。光纤性能光纤性能重要概念 损耗机理、光通信窗口、色散机理、色散补偿、损耗测试的三种方法（后向散射法OTDR）、不同型号的通信光纤性能。 重要公式 材料色散与波导色散的计算、脉冲展宽的计算、模场半宽的计算、截止波长的计算 光纤器件光纤器件重要概念 自聚焦透镜的成像特性、光纤耦合器/WDM器件的工作原理及设计、光隔离器/环行器的工作原理及设计、光纤光栅的工作原理及设计、光纤激光器与放大器的工作原理及设计。 重要公式 准直透镜输出光束半径和发散角、耦合器分支功率计算、不同耦合比对应的最小耦合长度、光纤光栅中心波长。 光纤连接与耦合光纤连接与耦合重要概念 光纤连接损耗来源、光纤连接损耗特点、透镜耦合系统、光束变换特性、有源对准（局部损耗法）。 重要公式 端面反射损耗计算、模场失配损耗计算、朗伯光源耦合损耗计算、半导体激光器耦合效率计算。 模拟考试模拟考试一、选择 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 （下列各题四个备选答案中只有一个正确答案，请将其代号写在题干前面的括号内。每小题1.5分，共30分） 二、简答题（每小题5分，共20分） 三、设计题（每小题10分，共20分） 四、计算题 (共30分) 选择题1选择题1 有关光纤中传输的模式，下列哪一个命题是错误的？ A ：对于结构参数给定的光纤，其中传输的模式是唯一确定的； B：TE01、TM01和HE21模具有相同的截止频率； C：每一个模式都有自己对应的截止频率； D：HE11模是唯一不能截止的模式。选择题2选择题2光纤中能够支持的模式由光纤波导本身决定，但光纤中能够激励出的模式与很多因素有关，问光纤中实际能够激励出的模式与下列哪些因素无关： A、入射光源的光功率； B、入射介质的折射率； C、光的入射角； D、入射点的位置。 选择题3选择题3主模式号为14的模群中所含的精确模式总数为： A、14； B、26； C、28； D、7选择题4选择题4通常将光纤通信划分为三个传输窗口，其主要原因是： A、光纤的弯曲损耗； B、OH－吸收损耗； C、过渡金属离子吸收； D、瑞利散射损耗。 选择题5选择题5线偏振模的模斑为： A、径向亮斑数为2m，角向亮斑数为 l，而且中心为暗； B、径向亮斑数为m，角向亮斑数为2l，而且中心为暗； C、径向亮斑数为2l，角向亮斑数为m，而且中心为亮； D、径向亮斑数为l，角向亮斑数为2m，而且中心为亮。选择题6选择题6光纤的损耗是由许多不同因素造成的，其中不可能消除的因素是： A、弯曲损耗； B、OH－吸收； C、过度金属离子吸收； D、瑞利散射 选择题7选择题7一光信号在光纤中传播了5000m,功率损耗了15%，该光纤的损耗是 A、0.14dB/km； B、0.71dB/km； C、0.64dB/km； D、0.32dB/km。选择题8选择题8对于1330nm的单模光纤，当入射光中心波长为1550nm，光谱宽度为10nm时，不可能存在的色散是哪一个？ A、模间色散； B、材料色散； C、波导色散； D、偏振模色散。选择题9选择题9数值孔径NA是光纤的一个重要参数，下列哪些命题是错误的？ A、NA越大，光纤的收光能力越大； B、NA越大，光纤的收光角越大； C、NA越大，光源与光纤的耦合效率越高； D、NA越大，多模光纤的模式色散越小。 选择题10选择题10下列光纤的色散，由小到大的排列次序为： A、多模GIOF、多模SIOF、单模光纤； B、多模SIOF、多模GIOF、单模光纤； C、单模光纤、多模GIOF、多模SIOF； D、单模光纤、多模SIOF、多模GIOF选择题11选择题11以下那一种是非零色散位移光纤： A、G．655光纤； B、G．653光纤； C、G．652光纤； D、G．651光纤。选择题12选择题12有关光纤中的色散论述错误的是： A、色散的存在使光纤通信系统的传输速率降低、传输容量变小； B、色散位移的目的是使零色散波长与最低损耗波长一致； C、正色散的光纤使光脉冲展宽，而负色散的光纤使光脉冲压缩，所以，负色散的光纤也成为色散补偿光纤； D、通过适当调整光纤波导的结构参量可使波导色散和材料色散互相抵消 选择题13选择题13以下关于自聚焦透镜论述错误的是： A、0.25节距的GRIN的物方焦点在透镜入射平面上 B、0.25节距的GRIN，同一入射点离轴入射，出射仍为平行光线 C、0.25节距的GRIN，不同入射点的斜平行线入射，出射位置不同； D、自聚焦透镜的长度一般以节距来 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 示。 选择题14选择题14下列光波长不属于通常所说的光纤的三个传输窗口是： A、0.85mm； B、1.31mm； C、1.48mm； D、1.55mm。 选择题15选择题15有关G.652光纤，以下命题哪个是错误的： A、工作在1310nm波长时，损耗是通信容量的主要限制因素； B、工作在1550nm波长时，色散是通信容量的主要限制因素； C、工作在1550nm波长时，损耗与色散均是通信容量的主要限制因素； D、工作在850nm波长时，损耗与色散均是通信容量的主要限制因素；选择题16选择题16标准单模光纤纤芯直径一般为： A、10mm B、10 nm C、80 mm D、100 nm选择题17选择题17关于光纤连接损耗，以下那一种说法是错误的： A、光纤间的连接损耗与光的传输方向无关； B、对于单模光纤，模场半径的不匹配是光纤损耗主要因素； C、通过充以折射率匹配液，可大大降低光纤端面间菲涅尔反射损耗； D、多模光纤的连接损耗可用几何光学进行分析计算。 选择题18选择题18有关光纤光栅的命题，哪一个是不对的： A、光纤光栅的理论基础是模式耦合理论； B、长周期光纤光栅可应用于OADM中； C、长周期光纤光栅可用作EDFA的增益均衡； D、Bragg光纤光栅可应用于光纤激光器中。 选择题19选择题19光时域反射仪（OTDR）不能够完成的功能有： A、光纤端面的判断； B、光纤色散大小的测量； C、光纤断点的判断； D、光纤长度的测量。 选择题20选择题20以下命题哪个是错误的： A、掺铒光纤激光器中谐振腔是不可缺少的； B、EDFA与掺铒光纤激光器的工作机理均为受激辐射； C、EDFA的增益与泵浦功率大小有关； D、EDFA的增益与信号光功率大小无关。 设计题1设计题1请用如下器件：980/1550nm的波分复用耦合器、2/8 Y型耦合器、光环形器、Bragg光纤光栅、980nm半导体激光器、一段掺铒光纤，单模光纤若干米，分别构成光纤放大器与激光器，画出结构示意图，并简单介绍工作原理 设计题2设计题2有一卷大约几十公里长的光纤需要测量其长度，现有一段100米可以测试的光纤与需测量的光纤具有相同的参数，试设计三种测量方法用以测量光纤长度 。计算题1计算题1某光纤出现故障，用OTDR仪表进行测量。OTDR发射的周期性矩形脉冲的宽度10ns，测得光脉冲从光纤始端返回光纤始端的时间为3μs，已知光纤纤芯折射率n1=1.5， （1）问此光纤故障点距始端距离有多长？ （2）该OTDR判断故障点的误差为多少？ （3）若OTDR能测的损耗范围为32dB,想用它测试78 km的光缆线路，光缆的衰减系数为0.3 dB／km，问OTDR能否看到末端的衰减曲线？计算题2计算题2某抛物线分布光纤，n1=1.5，Δ=0.001，纤芯直径2a=50μm，当用波长λ0=0.85μm的光激励时，试求： （1）光纤的最大数值孔径；（2）光纤的截止波长；（3）基模的模场半径；（4）模式总数。 计算题3如下图所示为X－型光纤耦合器，工作波长为1.55mm。若仅由Input1端口注入光功率，从Output1和Output 2端口输出的分别为注入光功率的75％和25％。耦合器的耦合系数为：，求：（1）在上述耦合分光比下，耦合器的最小耦合长度；（2）若仅从Output1端口注入0dBm光功率，则从Input1和Input 2端口分别输出多少光功率；（3）假设从Input1注入0dBm光功率，Input2输入－3dBm光功率时，分别从Output1和Output2输出多少光功率？计算题3复习与思考(1)复习与思考(1)为什么光纤要采用“芯包结构”？ “单模光纤”中有几个导模？如果要求光纤只传输一个导模,应如何设计光纤? 简述波动光学分析方法的基本思路.说明从麦克斯韦方程到波导场方程三次分离变量的理论依据。 波导场方程具有什么样的数学特征？ 模式的内涵是什么？在单模光纤中能否激励起LP11模式？为什么？ 从射线方程分别定性说明光线在SIOF和GIOF中的轨迹曲线。 从广义折射定理说明为什么光线总是向折射率高的区域弯曲。 说明光纤数值孔径的物理意义。 说明内散焦面、外散焦面和辐射散焦面的物理意义。 SIOF中子午光线的内、外散焦面半径各是多少？复习与思考(2)复习与思考(2)子午光线的主要特征是什么? 推导SIOF数值孔径表达式; GIOF的数值孔径有何不同? 为什么GIOF又称为“折射型”光纤？ GIOF中光线角向运动有何特点？ 分别说明约束光线、隧道光线和折射光线的特点。 分别说明导模、漏模和辐射模的场分布特点。 简述三种光线与三类模式的对应关系。 说明传播常数b有何物理意义。 说明V、U、W的物理意义。 在什么条件下可以唯一确定光纤中的模式？复习与思考(3)复习与思考(3)“纵横关系式”有何作用？ 光场分量的哪一个分量总是独立满足波导场方程？写出该波导场方程式。 SIOF中波导场方程具有什么数学特征？ 在SIOF中如何求波导场方程的解？ 写出SIOF中推导本征值方程的主要数学步骤。 导模截止与远离截止的物理意义是什么?写出SIOF中TE01、TE02、TE03在临近截止和远离截止时的本征值。 写出SIOF中模式数目与V值的关系式。 根据SIOF色散曲线分析，在V=4.5时有那几个模式存在？总模式数目是多少？并与模式数估算公式的结果比较。 SIOF与GIOF中哪个导模数目更多？ 为什么单模条件Vc<2.405只适应于SIOF？平方率光纤单模条件Vc是多少?复习与思考(4)复习与思考(4)弱导光纤中组成线偏振模式的理论依据是什么？ 为什么LP0m模式只有两重简并？ 实际光纤中传播的模式是线偏振模式吗？为什么？ 画出LP6,8模式场分布示意图。 高阶模式与低阶模式哪个输出角度大？ 画出阶跃分布光纤与平方率分布光纤基模场解函数曲线示意图。 说明高斯近似最大激发效率判据的物理意义。 说明等效阶跃光纤近似的物理意义。 已知平方率分布光纤V=2，求基模模场半径。 写出平方率分布光纤中LP10,15模式的本征值。null一光纤长220公里，已知光纤损耗为0.3dB/km，当输出光功率为2.5 mW时，输入光功率为多少？ 为什么光纤在1.55um的波长损耗比1.3um波长小? 光纤的损耗能否降为零？为什么？ 三角形折射率分布光纤与平方率折射率分布光纤哪种波导色散大？为什么？ 已知激光器谱宽6nm，传输波长1550nm, 传输速率1Gbps，利用G.652光纤可以传输多长距离？ 已知一光纤对于1310nm波长是单模传输，当传输 850nm波长和1550nm波长的光波时，其色散特性有何不同？对于光纤通信会产生什么影响？ 若已知一光纤的折射率与波长的关系为n(l)=al+b,其中a,b均为常数,该光纤是否存在材料色散?为什么? 简述光纤中三种色散的机理。在什么条件下光纤的色散为零？ 自聚焦透镜与球透镜成象的异同点?常用的自聚焦透镜有哪几种? X型光纤耦合器 ,耦合区为1/2耦合长度,计算①一个端口输入100mw, 两个输出端口功率各为多少? ②两个端口各输入50mw,且位相相同,两个输出端口功率各为多少?复习与思考(5)